人教版必修一 第一章第一节 质点参考系坐标系 教案.docx

1.1 质点 参考系和坐标系教案 备课资源1天球坐标系为确定天球上某一点的位置，在天球上建立球面坐标系。有两个基本要素：基本平面。由天球上某一选定的大圆所确定。大圆称为基圈，基圈的两个几何极之一作为球面坐标系的极。主点，又称原点。由天球上某一选定的过坐标系极点的大圆与基圈的交点所确定。天球上一点在此天球坐标系中的位置由两个球面坐标标定：第一坐标或称经向坐标。作过该点和坐标系极点的大圆，称副圈，从主点到副圈与基圈交点的弧长为经向坐标。第二坐标或称纬向坐标。从基圈上起沿副圈到该点的大圆弧长为纬向坐标。天球上任何一点的位置都可以由这两个坐标唯一的确定。这样的球面坐标系是正交坐标系。对于不同的基圈和主点，以及经向坐标所采用的不同量度方式，可以引出不同的天球坐标系，常用的有地平坐标系、赤道坐标系、黄道坐标系和银道坐标系等。2地心地固空间直角坐标系原点o与地球质心重合， 轴指向地球北极，x轴指向格林尼治平均子午面与赤道的交点，y轴垂直于xo 平面构成右手坐标系。3地心地固大地坐标系地球椭球的中心与地球质心重合，椭球面与大地水准面在全球范围内最佳符合，椭球短轴与地球自转轴重合（过地球质心并指向北极），大地纬度，大地经度，大地高。如图1-1-1所示。地球北极是地心地固坐标系的基准指向点，地球北极的变动将引起坐标轴方向的变化。教学目标一、 知识与技能 1了解建立质点模型的物理意义并能根据具体情况将物体简化为质点，知道质点是一种物理问题的 学抽象，并知道 学抽象是一种普遍的研究方法。2理解参考系的选取在物理中的作用，会根据实际情况选定参考系。3认识一维直线坐标系，掌握坐标系的简单应用。 二、过程与方法 1体会物理模型在探索自然规律中的重要作用，初步了解进行合理 学抽象、建立理想化模型的方法。2. 通过参考系的学习，知道从不同角度研究运动问题可能带来的不同结果。3. 用坐标系描述物体位置，并体会用坐标系描述物体位置的优越性。三、情感、态度与价值观 1认识运动是宇宙中的普遍现象，运动和静止的相对性，培养学生了解自然、探索自然的精神。2培养学生在认识问题时抓住主要因素，忽略次要因素的哲学思想。3培养学生在认识问题时具体分析的辩证唯物主义思想。教学重点1理解质点的概念及物体看作质点的条件。2从参考系中明确地抽象出了坐标系的概念。教学难点理解质点的概念。教学方法展示、讲解、讨论。教学准备多媒体等。教学过程一、导入新课教师活动：从生活实例引入（多媒体视频展示），并进行解说。如：雄鹰在高空飞翔雄鹰相对天空的位置改变汽车在马路上前进汽车对马路位置改变小船奔向远方小船对河岸位置改变 板书：一个物体对另一个物体相对位置变化运动称之为机械运动。过渡导入：怎样描述机械运动，即怎样描述物体上各点的位置及其随时间的变化呢？二、进行新课（一）物体和质点教师导出问题：研究物体的运动，第一步是要确定物体的位置。物体都具有大小和形状，在运动中物体的各点的位置变化一般说来是不同的，所以要详细描述物体的位置及其变化，并不是一件简单的事情。教师活动：一边进行多媒体视频展示，一边提出问题：1.在天空中扑打着翅膀翱翔的雄鹰，它的翅膀在向前运动时还在上下运动，怎样准确描述雄鹰的运动呢？2.足球在向前运动时还在滚动，怎样描述足球的运动呢？引导学生思考：造成这种困难的原因是什么？师生共同分析：是因为任何物体都有一定的大小形状。引导学生思考：我们在处理这些问题时，如果不考虑物体各部分的差异，把物体简化成为没有大小、形状的点，或者说用一个有质量的点来代替物体，就可以很容易地描述物体的运动了。教师讲解：为了使物体的位置有一个确切的概念，使物体的复杂运动转化成点的运动，我们引入了质点的概念。板书：（1）质点的定义：用来代替物体的有质量的点叫作质点。即忽略形状、大小、体积而具有质量的一个点，质点具有物体的全部质量。板书：（2）质点是人们为了使实际问题简化而引入的理想化模型。引入理想化模型，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，尽可能把复杂问题简单化，是物理学上经常用到的一种研究问题的方法 学抽象。物理学对实际问题的简化，必须从实际出发，忽略不考虑的只能是与当前考察问题无关的因素，或对当前考察问题影响很小的次要因素。板书：（3）关于质点简化的条件性。师生共同分析：一个物体能否抽象成质点，并不是取决于物体的形状和体积大小，这要看具体情况而定。板书：平动的物体一般可以看作质点。做平动的物体，由于物体上各点的运动情况相同，可以用一个点代表整个物体的运动，在这种情况下，物体的大小、形状就无关紧要了，可以把整个物体当质点。例如：平直公路上行驶的汽车，车身上各部分的运动情况相同，当我们把汽车作为一个整体来研究它的运动的时候，就可以把汽车当作质点。当然，假如我们需要研究汽车轮胎的运动，由于轮胎上各部分运动情况不相同，那就不能把它看作质点了。教师提问：一列火车从北京开到上海，研究火车的运行的时间，可将火车看成质点吗？为什么？学生回答：可以，因为北京到上海的路程比火车的长度大多了，研究火车运行的时间时，火车的车长对所研究的问题时间几乎没有影响。教师提问：火车过桥时，计算火车过桥的时间，可以将火车看成质点吗？为什么？学生回答：不可以，因为桥的长度与火车的长度差不多，研究火车运行的时间时，火车的车长对所研究的问题时间影响很大。教师总结：很好，同一物体在不同情况下有时可看作质点，有时不可以看作质点，关键是物体的大小、体积对所研究问题是否可以忽略不计，或者不起主要作用。板书：有转动但转动为次要因素。例如：研究地球公转时，可把地球看作质点；研究地球自转时，不能把地球看作质点。板书：物体的形状、大小可忽略。再如：乒乓球旋转对球的运动有较大的影响，运动员在发球、击球时都要考虑，就不能把乒乓球简单看作质点。（二）参考系教师导出问题：请同学们设想一下，小明和一位同伴正坐在一列火车上向西行驶，铁路边的人看到火车中的乘客是什么情景，而同伴认为小明是怎样的？地面上的人观察跳伞运动员运动是怎样的下落情况，而飞机驾驶员看跳伞运动员是怎样下落的？地球在绕太阳转动，而我们却没感觉到这又是为什么？引入参考系并板书：参考系教师提问：小明和一位同伴正坐在这列火车上，铁路边的人看到火车中的乘客是什么情景，而同伴认为小明是怎样的？学生讨论后回答：铁路边的人看到火车中的乘客是向西运动的，同伴认为小明是静止的。教师提问：地面上的人观察跳伞运动员运动是怎样的下落情况，而飞机驾驶员看跳伞运动员是怎样下落的？学生回答：地面上的人观察跳伞运动员运动是斜向下的曲线，飞机驾驶员看跳伞运动员是一条向下的直线。教师总结：要研究一个物体的运动，必须选定一个参考标准，选取不同的参考标准得到的结论是不同的。板书：要描述一个物体的运动，就必须选择另外一个物体作为标准，这个被选来作为标准的另外的物体就叫做参考系。一个物体一旦被选为参考系，就认为它是静止的。在选定参考系后要假定自己站在参照物中去观察物体的运动。教师活动：（请同学们思考教材p10图1.1-4，并思考观察结果为什么不同。）教师引导学生得出：1.选择不同的参考系来观察同一个物体的运动，观察的结果可能会有所不同。2.比较两个物体的运动时必须选择同一参考系，比较才有意义。3.在运动学中，参考系的选取是任意的，但在实际选择参考系时应以运动的描述尽可能简单为原则。在没有特别说明时，通常以地面为参考系。（三）坐标系教师导出问题：如果一个可以看作质点的物体沿直线运动，怎样定量描述物体的位置变化呢？教师讲解：为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系，如果物体在一维空间运动，即沿一条直线运动，只需建立直线坐标系，就能准确表达物体的位置；如果物体在二维空间运动，即在同一平面运动，就需要建立平面直角坐标系来描述物体的位置；当物体在三维空间运动时，则需要建立三维坐标系。其三要素是：原点、正方向和单位长度。例1.如图1-1-2所示，桌面离地面的高度是0.8m，坐标系原点定在桌面上，设竖直向下为坐标轴的正方向，a、b离地面的高度分别是1.3m、0.4m，问a、b的坐标应该是多少？答案：a（-0.5m） b（0.4m）例2如图1-1-3所示，一辆汽车从天安门沿长安街驶向西单、南菜园方向，思考汽车的位置随时间怎样变化？教师点拨：（物体在平面内运动，应采取平面直角坐标系描述物体的运动）1如何选择坐标轴和正方向？2如何选择坐标原点？3如何确定坐标轴上的刻度值？图1-1-3学生思考并回答：教师总结：对质点的直线运动，一般选质点的运动轨迹为坐标轴，质点运动的方向为坐标轴的正方向，选取质点经过坐标轴原点的时刻为时间的起点，画坐标系时，必须标上原点、正方向和单位长度。教师活动：安排学生阅读教材“ 学漫步”栏目思考书中提出的问题，并巡回指导解释。教师总结：位置就是质点在某时刻所在的空间的一点。物体做机械运动时，其位置发生变化，为了定量地描述物体的位置及位置的变化，需要在参考系上建立适当的坐标系。坐标系是在参考系的基础上抽象出来的概念，是抽象化的参考系。板书：对坐标系要注意以下几点：1坐标系相对参考系是静止的。2坐标的三要素：原点、正方向、标度单位。3用坐标表示质点的位置。 4用坐标的变化描述质点的位置改变。三、课堂小结1知识回扣：质点、参考系、坐标系.2研究方法抓住实际物理现象的主要因素，忽略次要因素，排除非本质因素的干扰，突出反映事物的本质特征，从而使物理现象或过程得到简化，建立物理模型，这就是我们必须掌握的 学研究方法 学抽象。四、布置作业 教材p12问题与练习 2、3题。五、板书设计质点、参考系与坐标系机械运动：一个物体对另一个物体相对位置变化运动称之为机械运动。一、质点1定义：用来代替物体的有质量的点叫作质点，即忽略形状、大小、体积而具有质量的一个点。质点具有物体的全部质量。2质点是人们为了使实际问题简化而引入的理想化模型。3关于质点简化的条件性平动的物体一般可以看作质点。有转动但转动为次要因素。物体的形状、大小对所研究的问题可忽略。二、参考系1.定义：要描述一个物体的运动，就必须选择另外一个物体作为标准，这个被选来作为标准的另外的物体就叫做参考系。2.注意问题选择不同的参考系来观察同一个物体的运动，观察的结果可能会有所不同。比较两个物体的运动时必须选择同一参考系，比较才有意义。在运动学中，参考系的选取是任意的，但在实际选择参考系时应以运动的描述尽可能简单为原则。在没有特别说明时，通常以地面为参考系。3.对坐标系要注意以下几点坐标系相对参考系是静止的。坐标的三要素：原点、正方向、标度单位。用坐标表示质点的位置。用坐标的变化描述质点的位置改变。六、课堂作业1.两辆汽车在平直公路上行驶，甲车上一人看到乙车没有运动，而乙车上一人看到路旁电线杆向东移动，若以大地为参考系，上述观察说明（ ）。 a甲车静止，乙车向东运动b乙车静止，甲车向西运动c甲车向西运动，乙车向东运动 d两车以同样速度向西运动2.以下关于质点的说法中，正确的是（ ）。 a质量很小的物体就可以看作质点 b质量很大或体积很大的物体一定不能看作质点 c体积很小的物体就可以看作质点 d同一物体有时可看作质点，有时不能看作质点3.下列叙述中，正确的是（ ）。 a参考系必须是地面，否则会引起混淆 b研究某个物体的运动，选取不同的参考系描述的情况可能不同 c研究物体的运动，离不开参考系 d物体的运动是客观的，研究时不一定借助参考系4.研究下列情况中的运动物体，哪些可看作质点（ ）。 a绕地球飞行的航天飞机，研究飞机以地球为中心的飞行周期 b研究车轮上的一点如何运动时的车轮 c绕太阳公转的地球 d绕地轴自转的地球5.关于参考系的描述中正确的是（ ）。 a参考系必须是固定不动